Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC) je bežne používaný vo vode rozpustný polymér, široko používaný vo farmácii, kozmetike, potravinárstve a priemysle, najmä pri príprave gélov. Jeho fyzikálne vlastnosti a správanie pri rozpúšťaní majú významný vplyv na účinnosť v rôznych aplikáciách. Teplota gélovatenia HPMC gélu je jednou z jeho kľúčových fyzikálnych vlastností, ktorá priamo ovplyvňuje jeho výkon v rôznych prípravkoch, ako je riadené uvoľňovanie, tvorba filmu, stabilita atď.
1. Štruktúra a vlastnosti HPMC
HPMC je vo vode rozpustný polymér získaný zavedením dvoch substituentov, hydroxypropylu a metylu, do molekulárneho skeletu celulózy. Jeho molekulová štruktúra obsahuje dva typy substituentov: hydroxypropyl (-CH2CHOHCH3) a metyl (-CH3). Faktory ako rozdielny obsah hydroxypropylu, stupeň metylácie a stupeň polymerizácie budú mať dôležitý vplyv na rozpustnosť, gélovatenie a mechanické vlastnosti HPMC.
Vo vodných roztokoch AnxinCel®HPMC tvorí stabilné koloidné roztoky vytváraním vodíkových väzieb s molekulami vody a interakciou s jej celulózovým skeletom. Keď sa zmení vonkajšie prostredie (ako je teplota, iónová sila atď.), interakcia medzi molekulami HPMC sa zmení, čo vedie k gélovateniu.
2. Definícia a ovplyvňujúce faktory teploty gélovatenia
Teplota gelácie (Teplota gelácie, T_gel) označuje teplotu, pri ktorej roztok HPMC začína prechádzať z kvapaliny na tuhú látku, keď teplota roztoku stúpne na určitú úroveň. Pri tejto teplote bude pohyb molekulárnych reťazcov HPMC obmedzený, čím sa vytvorí trojrozmerná sieťová štruktúra, výsledkom čoho je gélovitá látka.
Teplotu gélovatenia HPMC ovplyvňuje mnoho faktorov, jedným z najdôležitejších faktorov je obsah hydroxypropylu. Okrem obsahu hydroxypropylu, ďalšie faktory, ktoré ovplyvňujú teplotu gélu, zahŕňajú molekulovú hmotnosť, koncentráciu roztoku, hodnotu pH, typ rozpúšťadla, iónovú silu atď.
3. Vplyv obsahu hydroxypropylu na teplotu HPMC gélu
3.1 Zvýšenie obsahu hydroxypropylu vedie k zvýšeniu teploty gélu
Teplota gélovatenia HPMC úzko súvisí so stupňom hydroxypropylovej substitúcie v jej molekule. So zvyšujúcim sa obsahom hydroxypropylu sa zvyšuje počet hydrofilných substituentov na molekulovom reťazci HPMC, čo vedie k zvýšenej interakcii medzi molekulou a vodou. Táto interakcia spôsobuje, že molekulárne reťazce sa ďalej naťahujú, čím sa znižuje sila interakcie medzi molekulárnymi reťazcami. V určitom koncentračnom rozmedzí zvýšenie obsahu hydroxypropylu pomáha zvýšiť stupeň hydratácie a podporuje vzájomné usporiadanie molekulových reťazcov, takže pri vyššej teplote môže vzniknúť sieťová štruktúra. Preto sa teplota gélovatenia zvyčajne zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom hydroxypropylu.
HPMC s vyšším obsahom hydroxypropylu (ako je HPMC K15M) má tendenciu vykazovať vyššiu teplotu gélovatenia pri rovnakej koncentrácii ako AnxinCel®HPMC s nižším obsahom hydroxypropylu (ako je HPMC K4M). Je to preto, že vyšší obsah hydroxypropylu sťažuje interakciu molekúl a vytváranie sietí pri nižších teplotách, čo si vyžaduje vyššie teploty na prekonanie tejto hydratácie a podporu intermolekulárnych interakcií na vytvorenie trojrozmernej sieťovej štruktúry. .
3.2 Vzťah medzi obsahom hydroxypropylu a koncentráciou roztoku
Koncentrácia roztoku je tiež dôležitým faktorom ovplyvňujúcim teplotu gélovatenia HPMC. V roztokoch HPMC s vysokou koncentráciou sú medzimolekulové interakcie silnejšie, takže teplota gélovatenia môže byť vyššia, aj keď je obsah hydroxypropylu nižší. Pri nízkych koncentráciách je interakcia medzi molekulami HPMC slabá a pri nižších teplotách je pravdepodobnejšie, že roztok gélovatí.
Keď sa zvýši obsah hydroxypropylu, hoci sa hydrofilnosť zvýši, na vytvorenie gélu je stále potrebná vyššia teplota. Najmä v podmienkach nízkej koncentrácie sa teplota gélovatenia výraznejšie zvyšuje. Je to preto, že HPMC s vysokým obsahom hydroxypropylu je ťažšie vyvolať interakcie medzi molekulovými reťazcami prostredníctvom teplotných zmien a proces gélovatenia vyžaduje dodatočnú tepelnú energiu na prekonanie hydratačného účinku.
3.3 Vplyv obsahu hydroxypropylu na proces gélovatenia
V určitom rozsahu obsahu hydroxypropylu dominuje procesu gélovatenia interakcia medzi hydratáciou a molekulovými reťazcami. Keď je obsah hydroxypropylu v molekule HPMC nízky, hydratácia je slabá, interakcia medzi molekulami je silná a nižšia teplota môže podporiť tvorbu gélu. Keď je obsah hydroxypropylu vyšší, hydratácia sa výrazne zvýši, interakcia medzi molekulovými reťazcami sa oslabí a teplota gélovatenia sa zvýši.
Vyšší obsah hydroxypropylu môže tiež viesť k zvýšeniu viskozity roztoku HPMC, čo je zmena, ktorá niekedy zvyšuje teplotu začiatku gélovatenia.
Obsah hydroxypropylu má významný vplyv na teplotu gélovateniaHPMC. So zvyšujúcim sa obsahom hydroxypropylu sa zvyšuje hydrofilnosť HPMC a oslabuje sa interakcia medzi molekulovými reťazcami, takže teplota jeho gélovatenia sa zvyčajne zvyšuje. Tento jav možno vysvetliť mechanizmom interakcie medzi hydratáciou a molekulovými reťazcami. Úpravou obsahu hydroxypropylu v HPMC je možné dosiahnuť presné riadenie teploty gélovatenia, čím sa optimalizuje výkon HPMC vo farmaceutických, potravinárskych a iných priemyselných aplikáciách.
Čas odoslania: Jan-04-2025